基于STM32单片机的智能停车场车位管理系统的设计与实现

陈长征，窦宝茹，师 亮

(1.西安航空学院 a.创新创业学院 b.电子工程学院，西安 710077; 2.陕西省地方病防治研究所，西安 710003)

随着我国社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，私家车的数量在逐年增长，然而由于停车场车位管理系统落后，停车难的问题也愈加严重。因此，急需采取有效方案解决这个问题[1]。本文设计了一种利用单片机来控制停车场的车位管理系统，可以有效解决停车场车位紧张问题。

本文设计使用STM32单片机的最小系统，实现停车场车位管理系统软硬件的综合设计与模拟调试，实现停车场车位的状态监控、自动计费、报警、时间显示等功能。系统的电路设计较为简单，操作流程也方便易操作，可以快速在各个停车场内安装投入使用，降低管理成本的同时也可以有效节省人力资源，在停车场空间资源有限的情况下，规范且高效的管理调度停车场，使紧张的车位得到合理的安排使用。

1 系统结构和硬件设计

本设计使用的STM32F103C8T6单片机是一款基于ARM Cortex-M 内核的STM32系列的三十二位单片机，它的程序存储器容量为64KB，工作电压为2V～3.6V，工作温度为-40°C～85°C，封装为LQFP48[2]。它结合了高性能的精简指令集计算机内核以及高速内嵌存储器，运行频率可以达到72MHz，并且拥有增强范围的强化输入/输出，同时外部连接至两个APB总线。还具有12位模数转换器、计时器、PWM计时器、标准和高级通讯接口等，如图1所示。

图1 硬件电路图

停车场车位管理系统系统包含了传感器、显示屏幕、电路电源、键盘输入等多个工作模块[3]。它可以实现自动计费、设置车位数等功能，并且拥有3个模拟的停车位用来显示车辆停放的具体位置。系统框图如图2所示。

1.1 电源电路

电源电路主要有两部分组成：

(1)供电电路：可以使用普通的USB接口电路，5V电源输出,如图3所示。

图2系统框图

(2)降压电路：USB输入5V电压，然后降压输出为3.3V，如图4所示。

图4 降压电路

1.2 晶振电路

晶振电路为主控芯片提供系统时钟信号，电路的芯片和外部设备工作都要基于时钟信号的控制，如图5所示。

1.3 复位电路

主控芯片是低电平复位(引脚NRST)，硬件按键复位属于系统复位之一(另外还有软件复位，看门狗计数终止复位等)。其中的电容C2的目的是按键消抖，防止在按键刚刚接触/松开时的电平抖动引发误动作。按键闭合/松开的接触过程大约有10ms的抖动，这对于主控芯片I/O控制来说已经是很长的时间，足以执行多次复位动作[4]。由于电容电压不会突变，所以采用电容滤波，防止抖动复位误动作，如图6所示。

图5晶振电路

1.4 显示电路

本设计需要具备信息显示功能，因此需要选择一款合适的显示屏幕。OLED屏幕是近年来新兴的屏幕显示技术，因为具有自身可发光的特性，所以亮度和对比度更高，而且功耗降低，被广泛应用。OLED使用的是自发光材料，不需要背光板就能发光，而且具有显示视角广、画质好、响应速度快、更容易彩色显示等诸多优点[5]。因此本文设计的显示屏幕选用这种屏幕，选择分辨率为128*64、屏幕尺寸为0.96寸的OLED屏幕，如图7所示。

1.5 传感器电路

光电传感器的检测方法具有精度高、响应速度快、无接触、参数可测试性强、传感器结构简单、形式多样等优点，因此被广泛应用于检测与控制[6]。只要有车辆通过，只要在传感器的检测范围内就输出高电平；如果无车辆通过，则传感器输出低电平。使用光电传感器检测出入口是否有车辆经过和车位是否空闲，如图8所示。

图7OLED显示电路

图8传感器电路

1.6 报警电路

当停车场内没有空余停车位时，如果有汽车继续进入则蜂鸣器就会发出报警声音，提醒司机此停车场内车位已满，司机就不必进入停车场浪费时间，可以直接离开寻找其它停车场。蜂鸣器在电路中通过一个PNP型的三极管驱动，如图9所示。

1.7 按键模块

按键电路的主要作用是手动调整时间和车位数，如图10所示。

图9蜂鸣器报警电路

1.8 硬件实物

硬件电路实物如图11所示。

2 系统软件设计

2.1 系统工作流程

当入口处传感器感应范围内感应到车辆时，传感器将接收到的信号解调后传输给主控芯片，芯片对数据进行处理后对停车场内是否有空余车位作出判断。若没有空余车位则控制蜂鸣器报警示意驾驶员，若有空余车位则控制道闸开启放行。当车辆进入停车位被停车位处的传感器感应到时开始计费，同时车位的状态信息发送至屏幕显示[7]。车辆离开停车位时计费终止，缴费成功后即可离开。系统工作流程如图12所示。

图11硬件实物图

2.2 主程序设计

主程序是软件设计的整体设计思路和框架，其功能是扫描键盘，接收并处理时钟信号，做出逻辑判断，控制各种中断，并将数据送入显示模块。

在判断车辆是否进出中，本系统使用了四个红外光电传感器，一个用来检测出大门是否有车辆进入，另外三个用来检测模拟车位的状态。当入口处传感器感应到车辆且有空余停车位的情况下开启道闸放行，车位上的传感器检测到有车辆停放时开始计费。若停车场内没有空余车位时，入口处器检测到有车辆准备驶入时则报警示意，如图13所示。

图12系统工作流程

3 结语

智能停车场车位管理系统正逐渐融入广大人民群众的日常生活当中，系统对停车场进行自动化的管理，减轻了工作人员的工作量，提高了停车场运作的整体效率，并降低了整体管理成本，确保停车场能够高效稳定的运作。本系统通过传感器模块起到对停车场内车位状态监控的作用，并将数据传送至指控芯片进行处理判断，进而控制LED指示灯、出入口、蜂鸣器报警以及显示屏幕协同运作，最终将车位状态、计费等其它信息通过显示屏显示方便管理人员了解停车场内情况。